CN208368710U - 一种基于剪叉单元三构态变换空间可展机构 - Google Patents

Abstract

一种基于剪叉单元三构态变换空间可展机构，该机构由剪叉单元、铰链和底盘组成，所述剪叉单元通过展开或收拢能够变换为第一构态、第二构态或第三构态，所述第一构态为三棱柱构态、第二构态为四棱柱构态、第三构态为五棱柱构态，所述铰链包括两转动副铰链和三转动副铰链，两转动副铰链一端通过销轴与底盘连接，另一端通过销轴与剪叉单元连接。本实用新型具有轻量化、组成构件类别单一、折叠比大、收拢体积小、机构展开稳定、可变三构态的特点，可作为多边形空间折展单元，适用于航空航天器支撑架和平面发射天线。

Description

一种基于剪叉单元三构态变换空间可展机构

技术领域

本实用新型涉及空间折展机构领域，特别是一种基于剪叉单元三构态变换空间可展机构。

背景技术

随着航天事业的蓬勃发展，对外太空的探索也逐渐深入，一些大型的航天器支撑架比如雷达天线支撑架、大口径空间天线支撑架等需要不同类型的支撑架，以满足不同的航天需求；目前许多空间折展机构和航天器的支撑架均可通过折展单元的阵列或者拓扑来构成一种展开稳定、折叠比大的空间折展机构。

中国专利201210464544.1公开了一种三棱柱可折展单元及由该可折展单元组成的可折展支撑臂，该机构具有三棱柱可折展单元构态；中国专利201010176640.X公开了一种空间剪叉式伸缩机构，该机构具有单一折展单元构态；中国专利201210310520.3公开了一种基于正方形单元平面阵列可展机构，该机构具有正方形单元构态，折叠比小，且为平面折叠。

目前尚未见到一种具有能够变换构态、能够作为多边形折展单元并且具有轻量化、组成构件类别单一、折叠比大、收拢体积小、机构展开稳定的特点的一种基于剪叉单元三构态变换空间可展机构的创新发明设计。

发明内容

为了避免现有技术的不足，克服其平面折叠比小的缺点，本实用新型提供一种基于剪叉单元三构态变换空间可展机构，它具有轻量化、组成构件类别单一、折叠比大、收拢体积小、机构展开稳定、可变三构态的特点，可作为多边形空间折展单元，适用于航空航天器支撑架和平面发射天线。

本实用新型的技术方案是：一种基于剪叉单元三构态变换空间可展机构，包括剪叉单元、铰链和底盘，具体结构和连接关系如下：

所述剪叉单元分为内层剪叉单元和外层剪叉单元，所述内层剪叉单元包括第一组内层剪叉单元、第二组内层剪叉单元、第三组内层剪叉单元、第四组内层剪叉单元和第五组内层剪叉单元，第一组内层剪叉单元包括第一剪叉杆和第二剪叉杆，第一剪叉杆一端通过两转动副铰链与第二底盘连接，另一端通过销轴与三转动副铰链的第二销轴座连接，第二剪叉杆一端通过两转动副铰链与第一底盘连接，另一端通过销轴与三转动副铰链的第二销轴座连接，其余四组内层剪叉单元与第一组内层剪叉单元的结构及连接关系完全相同，所述外层剪叉单元包括第一组外层剪叉单元、第二组外层剪叉单元、第三组外层剪叉单元、第四组外层剪叉单元和第五组外层剪叉单元，第一组外层剪叉单元包括连杆和导杆槽，连杆一端通过移动副与导杆槽连接，另一端通过销轴与三转动副铰链的第一销轴座连接，其余四组外层剪叉单元与第一组外层剪叉单元的结构及连接关系完全相同，所述铰链包括两转动副铰链和三转动副铰链，两转动副铰链一端通过销轴与第二底盘连接，另一端通过销轴与剪叉杆一端连接；所述底盘包括第一底盘和第二底盘，第二底盘上均匀分布有五个大小相同的销轴座，每个销轴座通过销轴与两自由度铰链连接，第一底盘与第二底盘的结构和连接关系完全相同。

所述外层剪叉单元由四根连杆和两个导杆槽组成，两个导杆槽通过销轴相互连接。

所述内层剪叉单元的第一剪叉杆和第二剪叉杆的结构完全相同，且相邻两个内层剪叉单元之间通过三转动副铰链连接一个外层剪叉单元。

所述两转动副铰链上的两个销轴座的轴线异面垂直。

所述三转动副铰链包括三个销轴座，分别是第一销轴座、第二销轴座和第三销轴座，其中第三销轴座通过销轴与第三组外层剪叉单元的连杆连接。

所述内层剪叉单元组成棱柱骨架，外层剪叉单元组成棱柱面。

本实用新型的突出优点在于：

1.能够实现机构的空间折展运动；通过合拢或展开剪叉单元能够在三棱柱、四棱柱和五棱柱三个构态间相互转变。

2.该机构的三棱柱、四棱柱和五棱柱可分别作为多边形空间可展单元，通过铰链连接组成不同尺度和构态的空间可展机构，满足不同拓扑需求。

3.该机构的展开和构态的变换均为单自由度，组成构件类别单一，机构展开稳定，能够展开成不同形态的空间结构，折叠比大、收拢体积小。

附图说明

图1为本实用新型所述的基于剪叉单元三构态变换空间可展机构的第一构态结构示意图。

图2为本实用新型所述的基于剪叉单元三构态变换空间可展机构的第一构态收拢状态示意图。

图3为本实用新型所述的基于剪叉单元三构态变换空间可展机构的第一构态收拢状态俯视图。

图4为本实用新型所述的基于剪叉单元三构态变换空间可展机构的第二构态结构示意图。

图5为本实用新型所述的基于剪叉单元三构态变换空间可展机构的第二构态收拢状态示意图。

图6为本实用新型所述的基于剪叉单元三构态变换空间可展机构的第二构态收拢状态俯视图。

图7为本实用新型所述的基于剪叉单元三构态变换空间可展机构的第三构态结构示意图。

图8为本实用新型所述的基于剪叉单元三构态变换空间可展机构的第三构态收拢状态示意图。

图9为本实用新型所述的基于剪叉单元三构态变换空间可展机构的第三构态收拢状态俯视图。

图10为本实用新型所述的基于剪叉单元三构态变换空间可展机构的内层剪叉单元结构示意图。

图11为本实用新型所述的基于剪叉单元三构态变换空间可展机构的外层剪叉单元结构示意图。

图12为本实用新型所述的基于剪叉单元三构态变换空间可展机构的连杆结构示意图。

图13为本实用新型所述的基于剪叉单元三构态变换空间可展机构的底盘结构示意图。

图14为本实用新型所述的基于剪叉单元三构态变换空间可展机构的两转动副铰链结构示意图。

图15为本实用新型所述的基于剪叉单元三构态变换空间可展机构的三转动副铰链结构示意图。

图中标记为：1.第一底盘、2.第二底盘、3.两转动副铰链、4.三转动副铰链、4-1.第一销轴座、4-2.第二销轴座、4-3.第三销轴座、5.第一剪叉杆、6.第二剪叉杆、7.连杆、8.导杆槽、101.第一组外层剪叉单元、102.第二组外层剪叉单元、103.第三组外层剪叉单元、104.第四组外层剪叉单元、105.第五组外层剪叉单元、201.第一组内层剪叉单元、202.第二组内层剪叉单元、203.第三组内层剪叉单元、204.第四组内层剪叉单元、205.第五组内层剪叉单元。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型的技术方案进行进一步描述。

如图1至图15所示，本实用新型所述的基于剪叉单元三构态变换空间可展机构，包括剪叉单元、铰链和底盘，具体结构和连接关系如下：

所述剪叉单元分为内层剪叉单元和外层剪叉单元，所述内层剪叉单元包括第一组内层剪叉单元201、第二组内层剪叉单元202、第三组内层剪叉单元203、第四组内层剪叉单元204和第五组内层剪叉单元205，第一组内层剪叉单元201包括第一剪叉杆5和第二剪叉杆6，第一剪叉杆5一端通过两转动副铰链3与第二底盘2连接，另一端通过销轴与三转动副铰链4的第二销轴座4-2连接，第二剪叉杆6一端通过两转动副铰链3与第一底盘1连接，另一端通过销轴与三转动副铰链4的第二销轴座4-2连接，其余四组内层剪叉单元与第一组内层剪叉单元201的结构及连接关系完全相同，所述外层剪叉单元包括第一组外层剪叉单元101、第二组外层剪叉单元102、第三组外层剪叉单元103、第四组外层剪叉单元104和第五组外层剪叉单元105，第一组外层剪叉单元101包括连杆7和导杆槽8，连杆7一端通过移动副与导杆槽8连接，另一端通过销轴与三转动副铰链4的第一销轴座4-1连接，其余四组外层剪叉单元与第一组外层剪叉单元101的结构及连接关系完全相同，所述铰链包括两转动副铰链3和三转动副铰链4，两转动副铰链3一端通过销轴与第二底盘2连接，另一端通过销轴与剪叉杆一端连接；所述底盘包括第一底盘1和第二底盘2，第二底盘2上均匀分布有五个大小相同的销轴座，每个销轴座通过销轴与两自由度铰链3连接，第一底盘1与第二底盘2的结构和连接关系完全相同。

所述外层剪叉单元由四根连杆7和两个导杆槽8组成，两个导杆槽8通过销轴相互连接。

所述内层剪叉单元的第一剪叉杆5和第二剪叉杆6的结构完全相同，且相邻两个内层剪叉单元之间通过三转动副铰链4连接一个外层剪叉单元。

所述两转动副铰链3上的两个销轴座的轴线异面垂直。

所述三转动副铰链4包括三个销轴座，分别是第一销轴座4-1、第二销轴座4-2和第三销轴座4-3，其中第三销轴座4-3通过销轴与第三组外层剪叉单元103的连杆7连接。

所述内层剪叉单元组成棱柱骨架，外层剪叉单元组成棱柱面。

工作原理及过程：

如图1至图3所示为机构的第一构态，其展开或收拢可通过剪叉单元实现。第一组外层剪叉单元101、第二组外层剪叉单元102和第四组外层剪叉单元104为展开状态，此时第三组外层剪叉单元103被第二组内层剪叉单元202与第三组内层剪叉单元203压缩并处于蓄积能量状态、第五组外层剪叉单元105被第四组内层剪叉单元204与第五组内层剪叉单元205压缩并处于被压缩蓄积能量状态，同时整个机构处于完全展开状态，如图1所示；当驱动一组内层剪叉单元作收拢运动时，由于内层剪叉单元通过三转动副铰链4与外层剪叉单元连接，故此时由内层剪叉单元的收拢运动带动外层剪叉单元作同步收拢运动直至收拢成完全折叠状态，如图2和图3所示。

如图4至图6所示为机构的第二构态，在第一构态的基础上释放第二组内层剪叉单元202与第三组内层剪叉单元203压缩的第三组外层剪叉单元103蓄积的能量，此时第三组外层剪叉单元103的连杆7在导杆槽8内向外作被拉伸移动，整个第三组外层剪叉单元103作展开运动，此时五组内层剪叉单元作同步展开运动，整个机构从第一构态向第二构态转变，此时第二构态处于完全展开状态，如图4所示；当驱动一组内层剪叉单元作收拢运动时，由于内层剪叉单元通过三转动副铰链4与外层剪叉单元连接，故此时由内层剪叉单元的收拢运动带动外层剪叉单元作同步收拢运动，直至收拢成完全折叠状态，如图5和图6所示。

如图7至图9所示为机构的第三构态，在第二构态的基础上释放第四组内层剪叉单元204与第五组内层剪叉单元205压缩的第五组外层剪叉单元105蓄积的能量，此时第五组外层剪叉单元105的连杆7在导杆槽8内向外作被拉伸移动，整个第五组外层剪叉单元105作展开运动，此时五组内层剪叉单元作同步展开运动，整个机构从第二构态向第三构态转变，此时第三构态处于完全展开状态，如图7所示；当驱动一组内层剪叉单元作收拢运动时，由于内层剪叉单元通过三转动副铰链4与外层剪叉单元连接，故此时由内层剪叉单元的收拢运动带动外层剪叉单元作同步收拢运动，直至收拢成完全折叠状态，如图8和图9所示。

Claims (6)

1.一种基于剪叉单元三构态变换空间可展机构，包括剪叉单元、铰链和底盘，其特征在于，具体结构和连接关系如下：

所述剪叉单元分为内层剪叉单元和外层剪叉单元，所述内层剪叉单元包括第一组内层剪叉单元、第二组内层剪叉单元、第三组内层剪叉单元、第四组内层剪叉单元和第五组内层剪叉单元，第一组内层剪叉单元包括第一剪叉杆和第二剪叉杆，第一剪叉杆一端通过两转动副铰链与第二底盘连接，另一端通过销轴与三转动副铰链的第二销轴座连接，第二剪叉杆一端通过两转动副铰链与第一底盘连接，另一端通过销轴与三转动副铰链的第二销轴座连接，其余四组内层剪叉单元与第一组内层剪叉单元的结构及连接关系完全相同，所述外层剪叉单元包括第一组外层剪叉单元、第二组外层剪叉单元、第三组外层剪叉单元、第四组外层剪叉单元和第五组外层剪叉单元，第一组外层剪叉单元包括连杆和导杆槽，连杆一端通过移动副与导杆槽连接，另一端通过销轴与三转动副铰链的第一销轴座连接，其余四组外层剪叉单元与第一组外层剪叉单元的结构及连接关系完全相同，所述铰链包括两转动副铰链和三转动副铰链，两转动副铰链一端通过销轴与第二底盘连接，另一端通过销轴与剪叉杆一端连接；所述底盘包括第一底盘和第二底盘，第二底盘上均匀分布有五个大小相同的销轴座，每个销轴座通过销轴与两自由度铰链连接，第一底盘与第二底盘的结构和连接关系完全相同。

2.根据权利要求1所述的基于剪叉单元三构态变换空间可展机构，其特征在于，所述外层剪叉单元由四根连杆和两个导杆槽组成，两个导杆槽通过销轴相互连接。

3.根据权利要求1所述的基于剪叉单元三构态变换空间可展机构，其特征在于，所述内层剪叉单元的第一剪叉杆和第二剪叉杆的结构完全相同，且相邻两个内层剪叉单元之间通过三转动副铰链连接一个外层剪叉单元。

4.根据权利要求1所述的基于剪叉单元三构态变换空间可展机构，其特征在于，所述两转动副铰链上的两个销轴座的轴线异面垂直。

5.根据权利要求1所述的基于剪叉单元三构态变换空间可展机构，其特征在于，所述三转动副铰链包括三个销轴座，分别是第一销轴座、第二销轴座和第三销轴座，其中第三销轴座通过销轴与第三组外层剪叉单元的连杆连接。

6.根据权利要求1所述的基于剪叉单元三构态变换空间可展机构，其特征在于，所述内层剪叉单元组成棱柱骨架，外层剪叉单元组成棱柱面。